CN117650391A - 一种机充触头可升降的机器人充电座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机充触头可升降的机器人充电座，电路板设于基座外壳背部，触头固定座设于基座外壳前侧底部，触头固定座上左右各设有一个充电座触头，两个充电座触头通过充电座触头连接件连接，充电座触头连接件通过丝杆螺母与直流电机推杆固接，直流电机固定在基座外壳的底部封板上，电路板为单片机数字控制电路，从外部接入直流电源，经过控制电路后，输出控制线与直流电机连接，驱动直流电机推杆带动充电座触头到达触点，通过改变单片机输出的PWM的占空比改变直流电机转速，本发明利用电路板连接电机控制触头升降，避免了充电座与机器人之间的摩擦，延长了机器人与充电座的使用寿命，同时采用电路板控制线路，简化了内部接线，提高了工作效率。

Description

一种机充触头可升降的机器人充电座
技术领域
本发明涉及机器人充电技术领域，尤其涉及一种机充触头可升降的机器人充电座。
背景技术
目前，机器人在充电时通常会返回充电座进行充电。充电座前方有两个触点，机器人底部设有两个金属片，这使得机器人能够接触到充电座并开始充电。现有充电座充电方式如图1所示，①为电源输入接口、②为电压继电器输出电源接口、③为电流继电器输入接口、④为电流继电器输出接口、⑤为延时继电器输入接口、⑥延时继电器输出接口、⑦为触头接口、⑧电流继电器控制延时继电器连接线、⑨为电压继电器的电压检测接口。其工作原理为：当机器人与充电座接触时，触点检测到机器人电池的电压，电压通过⑦触头接口反馈到⑥延时继电器输出接口，⑤延时继电器输入接口⑥延时继电器输出接口为常闭触点，正常状态是导通的，所以⑤延时继电器输入接口的电压和⑦触头接口是相同的。⑨电压继电器的电压检测接口与⑤延时继电器输入接口相连，所以⑨电压继电器的电压检测接口的电压与⑦触头接口的电压是相同的。当⑨电压继电器的电压检测接口检测到电压时，电压继电器吸合，①电源输入接口与②电压继电器输出电源接口导通，电流经过电压继电器、电流继电器、延时继电器流向触头给机器人充电。当电池充满电时，经过电流继电器的电流为零，电流继电器通过⑧电流继电器控制延时继电器连接线控制延时继电器断开，此时停止充电，机器人向前走，离开充电座。但是，现有的机器人充电座仍存在诸多缺陷，例如：1、触头无法升降，在机器人充电时触头会突出到外面，通过摩擦力将机器人固定在充电座中，在机器人出巢时会受到触头的摩擦，容易损坏机器人底部，降低了机器人与充电座使用寿命；2、使用继电器控制线路过于复杂，工作效率底，成本高。因此，急需开发一种机充触头可升降的机器人充电座以解决上述技术问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种机充触头可升降的机器人充电座，利用电路板连接电机控制触头升降，避免了充电座与机器人之间的摩擦，延长了机器人与充电座的使用寿命，同时采用电路板控制线路，简化了内部接线，提高了工作效率，具有广阔的应用前景，有利于推广应用。
为了实现上述目的，本发明提供的一种机充触头可升降的机器人充电座，包括基座外壳，触头固定座，充电座触头，充电座触头连接件，丝杆螺母，直流电机，底部封板和电路板，所述电路板设置于基座外壳背部，所述触头固定座设置于基座外壳前侧底部，所述触头固定座上左右各设有一个充电座触头，两个充电座触头通过充电座触头连接件连接，所述充电座触头连接件通过丝杆螺母与直流电机推杆固接，所述直流电机固定在基座外壳的底部封板上，所述电路板为单片机数字控制电路，从外部接入直流电源，经过控制电路后，输出控制线与直流电机连接，驱动直流电机推杆带动充电座触头到达触点，通过改变单片机输出的PWM的占空比改变直流电机的转速，上电时，直流电机带动充电座触头回到零位，当检测到接近传感器信号后，直流电机旋转带动充电座触头上升，当检测到压力传感器信号后，停止升降，开始充电。
优选地，电路板上保险丝F1串联在共轭电感L1与直流36V电源输入端CN1中间，电容C1的两端分别与共轭电感L1输入端连接，L2的输出端与隔离电源U1输入端相连，C1、L1、EMC滤波器，用于消除高频干扰信号，C2、C3、C4为隔离电源U1的输出滤波电容，C2一端连接U1输出正极，另一端连接U1输出负极，L2一端连接U1输出正极，另一端连接12V，L3一端连接U1输出负极，另一端连接控制电路的地电位端GND。
优选地，电路板上U2为线性稳压模块LM2596，C5为U2的输出滤波电容，U2的输入引脚Vin连接电容C3和C4的电源正端+12 V，U2的地引脚GND连接电容C3、C4和C5的地电位端GND，电容C5的另一端连接U2的4引脚和5V，电感L4的一端和二极管D1的一端连接U2的输出2脚，电感L4的另一端连接5V，二极管D1的另一端连接GND。
优选地，电路板上U3为线性稳压模块AMS1117-3.3，C6、C7为U3输入滤波电容，二极管D2一端连接5V，另一端连接U3输入，C8、C9、C10为U3输出滤波电容，一端连接U3输出，另一端连接GND，R1为LED1的限流电阻，一端连接3.3V，另一端连接LED1，LED1另一端连接GND，U3输出为3.3V。
优选地，电路板上U4为单片机，型号为STM32F103C8T6，封装为LQFP-48，U5为达林顿管ULN2003，U6为直流电机驱动芯片AT8548，U11为运算放大器LM358，RN1为上拉电阻，U4的引脚3、引脚4分别接到晶振X1的两端，晶振X1的两端分别经过电容C15、C17接地，晶振X1的振荡频率为8MHz，U4的引脚1、引脚9、引脚24、引脚36、引脚48接3.3V，U4的引脚8、引脚23、引脚35、引脚44接GND，U4的PB1、PB0、PB2分别与U5的引脚1、引脚2、引脚7连接，U5的引脚16、引脚15经过RN1的引脚2、引脚3与U6的引脚2、引脚3连接，U6的引脚10、引脚9接直流电机，U5的引脚10与继电器K1的2脚、发光二极管LED5的负极连接，继电器K1的引脚1接5V，电阻R2一端接5V，另一端接LED5正极，U4的引脚46连接接插件CN3的2脚和电容C13的一端，电容C13的另一端接GND，U11的引脚2与电阻R23、电阻R24连接，电阻R23的另一引脚接地，电阻R24的另一引脚与U11的引脚1、引脚5连接，U11的引脚6与电阻R25、电阻R26、电阻R27、电容C23连接，R25另一端连接5V，R26、C23另一端连接GND，R27的另一端连接U11的引脚7，U11的引脚3连接电阻R22，电阻R22的另一端连接电感L5与电容C22，电容C22另一端连接GND，电感L5另一端连接电阻R21与接插件CN11引脚1，R21另一端连接5V，CN11连接压力传感器，U11的引脚8接+5V电源和电容C24，电容C24的另一个引脚接地，U11的引脚4接地，U11的引脚7与U4的引脚10连接。
优选地，电路板上U7为光耦TLP785GB-S，U7的引脚1连接电阻R4，U7的引脚2连接GND，R4另一端连接CN5引脚2，CN5引脚1连接12V，CN5引脚3连接GND，U7的引脚4连接电阻R3、电容C20与U4引脚26，U7的引脚3连接GND与C20的另一端。
优选地，U4的引脚10和引脚46设置成下拉输入模式，U4的引脚26设置成上拉输入模式，U4引脚18设置成推挽输出模式，当U4引脚46接收到接近传感器的高电平信号时，U4引脚18输出低电平，U4引脚19输出PWM波，此时控制电机上升，PWM占空比越小，电机速度越快，当压力传感器信号通过U11反馈给U4引脚10时，U4引脚19输出的PWM占空变大，直流电机变慢，直至停止，K1吸合，开始充电，U4输出的PWM通过使用定时器计算得出：定时器定时时间的计算公式为： T =((arr+1)*(psc+1))/72M，单位为s秒，通过改变arr的值来调整PWM的占空比，当U4引脚46接收到接近传感器的低电平信号时，K1断开，U4引脚18输出高电平，U4引脚19输出PWM波，此时控制电机下降，PWM占空比越小，电机速度越快，当零位传感器信号通过U7反馈给U4引脚26时，U4引脚19输出的PWM占空变大，直流电机变慢，直至停止，充电过程结束。
优选地，所述直流电机为直流步进电机或直流伺服电机。
本发明提供的一种机充触头可升降的机器人充电座，具有如下有益效果。
1．本发明通过直流电机升降代替摩擦接触，有效避免了充电座与机器人之间的摩擦，不会造成机器人与充电座的损坏，延长了机器人与充电座的使用寿命。
2．本发明采用电路板控制线路，简化了内部接线，提高了工作效率。
3．本发明适用的直流电机可以为直流步进电机或直流伺服电机，适用范围广。
附图说明
图1为现有技术中机器人充电座的结构示意图；
图2为本发明提供的一种机充触头可升降的机器人充电座的结构示意图；
图3为本发明提供的一种机充触头可升降的机器人充电座的爆炸图；
图4为本发明提供的一种机充触头可升降的机器人充电座的触头固定座内部结构示意图；
图5本发明提供的一种机充触头可升降的机器人充电座的电路板结构示意图；
图6本发明提供的一种机充触头可升降的机器人充电座的工作流程图；
图7本发明提供的一种机充触头可升降的机器人充电座的直流电机加减速示意图。
图中：
1.基座外壳 2.充电座触头 3.触头固定座 4.充电座触头连接件 5.丝杆螺母 6.直流电机 7.底部封板 8.电路板。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。
如图2-4，分别为本发明提供的一种机充触头可升降的机器人充电座的结构示意图，爆炸图以及触头固定座内部结构示意图。该机充触头可升降的机器人充电座包括基座外壳1，触头固定座3，充电座触头2，充电座触头连接件4，丝杆螺母5，直流电机6，底部封板7和电路板8，所述电路板8设置于基座外壳1背部，所述触头固定座3设置于基座外壳1前侧底部，所述触头固定座3上左右各设有一个充电座触头2，两个充电座触头2通过充电座触头连接件4连接，所述充电座触头连接件4通过丝杆螺母5与直流电机6推杆固接，所述直流电机6固定在基座外壳1的底部封板7上，优选地，所述直流电机6为直流步进电机或直流伺服电机。所述电路板8为单片机数字控制电路，从外部接入直流电源，经过控制电路后，输出控制线与直流电机6连接，驱动直流电机6推杆带动充电座触头2到达触点，通过改变单片机输出的PWM的占空比改变直流电机6的转速，上电时，直流电机6带动充电座触头2回到零位，当检测到接近传感器信号后，直流电机6旋转带动充电座触头2上升，当检测到压力传感器信号后，停止升降，开始充电。
如图5所示，为本发明提供的一种机充触头可升降的机器人充电座的电路板结构示意图。电路板8上保险丝F1串联在共轭电感L1与直流36V电源输入端CN1中间，电容C1的两端分别与共轭电感L1输入端连接，L2的输出端与隔离电源U1输入端相连，C1、L1、EMC滤波器，用于消除高频干扰信号，C2、C3、C4为隔离电源U1的输出滤波电容，C2一端连接U1输出正极，另一端连接U1输出负极，L2一端连接U1输出正极，另一端连接12V，L3一端连接U1输出负极，另一端连接控制电路的地电位端GND。电路板8上U2为线性稳压模块LM2596，C5为U2的输出滤波电容，U2的输入引脚Vin连接电容C3和C4的电源正端+12 V，U2的地引脚GND连接电容C3、C4和C5的地电位端GND，电容C5的另一端连接U2的4引脚和5V，电感L4的一端和二极管D1的一端连接U2的输出2脚，电感L4的另一端连接5V，二极管D1的另一端连接GND。电路板8上U3为线性稳压模块AMS1117-3.3，C6、C7为U3输入滤波电容，二极管D2一端连接5V，另一端连接U3输入，C8、C9、C10为U3输出滤波电容，一端连接U3输出，另一端连接GND，R1为LED1的限流电阻，一端连接3.3V，另一端连接LED1，LED1另一端连接GND，U3输出为3.3V。电路板8上U4为单片机，型号为STM32F103C8T6，封装为LQFP-48，U5为达林顿管ULN2003，U6为直流电机6驱动芯片AT8548，U11为运算放大器LM358，RN1为上拉电阻，U4的引脚3、引脚4分别接到晶振X1的两端，晶振X1的两端分别经过电容C15、C17接地，晶振X1的振荡频率为8MHz，U4的引脚1、引脚9、引脚24、引脚36、引脚48接3.3V，U4的引脚8、引脚23、引脚35、引脚44接GND，U4的PB1、PB0、PB2分别与U5的引脚1、引脚2、引脚7连接，U5的引脚16、引脚15经过RN1的引脚2、引脚3与U6的引脚2、引脚3连接，U6的引脚10、引脚9接直流电机6，U5的引脚10与继电器K1的2脚、发光二极管LED5的负极连接，继电器K1的引脚1接5V，电阻R2一端接5V，另一端接LED5正极，U4的引脚46连接接插件CN3的2脚和电容C13的一端，电容C13的另一端接GND，U11的引脚2与电阻R23、电阻R24连接，电阻R23的另一引脚接地，电阻R24的另一引脚与U11的引脚1、引脚5连接，U11的引脚6与电阻R25、电阻R26、电阻R27、电容C23连接，R25另一端连接5V，R26、C23另一端连接GND，R27的另一端连接U11的引脚7，U11的引脚3连接电阻R22，电阻R22的另一端连接电感L5与电容C22，电容C22另一端连接GND，电感L5另一端连接电阻R21与接插件CN11引脚1，R21另一端连接5V，CN11连接压力传感器，U11的引脚8接+5V电源和电容C24，电容C24的另一个引脚接地，U11的引脚4接地，U11的引脚7与U4的引脚10连接。电路板8上U7为光耦TLP785GB-S，U7的引脚1连接电阻R4，U7的引脚2连接GND，R4另一端连接CN5引脚2，CN5引脚1连接12V，CN5引脚3连接GND，U7的引脚4连接电阻R3、电容C20与U4引脚26，U7的引脚3连接GND与C20的另一端。
如图6所示，为本发明提供的一种机充触头可升降的机器人充电座的工作流程图。U4的引脚10和引脚46设置成下拉输入模式，U4的引脚26设置成上拉输入模式，U4引脚18设置成推挽输出模式，当U4引脚46接收到接近传感器的高电平信号时，U4引脚18输出低电平，U4引脚19输出PWM波，此时控制电机上升，PWM占空比越小，电机速度越快，当压力传感器信号通过U11反馈给U4引脚10时，U4引脚19输出的PWM占空变大，直流电机6变慢，直至停止，K1吸合，开始充电。
如图7所示，为本发明提供的一种机充触头可升降的机器人充电座的直流电机加减速示意图。U4输出的PWM通过使用定时器计算得出：定时器定时时间的计算公式为： T =((arr+1)*(psc+1))/72M，单位为s秒，通过改变arr的值来调整PWM的占空比，当U4引脚46接收到接近传感器的低电平信号时，K1断开，U4引脚18输出高电平，U4引脚19输出PWM波，此时控制电机下降，PWM占空比越小，电机速度越快，当零位传感器信号通过U7反馈给U4引脚26时，U4引脚19输出的PWM占空变大，直流电机6变慢，直至停止，充电过程结束。
本发明通过直流电机6升降代替摩擦接触，有效避免了充电座与机器人之间的摩擦，不会造成机器人与充电座的损坏，延长了机器人与充电座的使用寿命。本发明采用电路板8控制线路，简化了内部接线，提高了工作效率。本发明适用的直流电机6可以为直流步进电机或直流伺服电机，适用范围广。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机充触头可升降的机器人充电座，其特征在于，包括基座外壳，触头固定座，充电座触头，充电座触头连接件，丝杆螺母，直流电机，底部封板和电路板，所述电路板设置于基座外壳背部，所述触头固定座设置于基座外壳前侧底部，所述触头固定座上左右各设有一个充电座触头，两个充电座触头通过充电座触头连接件连接，所述充电座触头连接件通过丝杆螺母与直流电机推杆固接，所述直流电机固定在基座外壳的底部封板上，所述电路板为单片机数字控制电路，从外部接入直流电源，经过控制电路后，输出控制线与直流电机连接，驱动直流电机推杆带动充电座触头到达触点，通过改变单片机输出的PWM的占空比改变直流电机的转速，上电时，直流电机带动充电座触头回到零位，当检测到接近传感器信号后，直流电机旋转带动充电座触头上升，当检测到压力传感器信号后，停止升降，开始充电。
2.根据权利要求1所述的一种机充触头可升降的机器人充电座，其特征在于，电路板上保险丝F1串联在共轭电感L1与直流36V电源输入端CN1中间，电容C1的两端分别与共轭电感L1输入端连接，L2的输出端与隔离电源U1输入端相连，C1、L1、EMC滤波器，用于消除高频干扰信号，C2、C3、C4为隔离电源U1的输出滤波电容，C2一端连接U1输出正极，另一端连接U1输出负极，L2一端连接U1输出正极，另一端连接12V，L3一端连接U1输出负极，另一端连接控制电路的地电位端GND。
3.根据权利要求2所述的一种机充触头可升降的机器人充电座，其特征在于，电路板上U2为线性稳压模块LM2596，C5为U2的输出滤波电容，U2的输入引脚Vin连接电容C3和C4的电源正端+12 V，U2的地引脚GND连接电容C3、C4和C5的地电位端GND，电容C5的另一端连接U2的4引脚和5V，电感L4的一端和二极管D1的一端连接U2的输出2脚，电感L4的另一端连接5V，二极管D1的另一端连接GND。
4.根据权利要求3所述的一种机充触头可升降的机器人充电座，其特征在于，电路板上U3为线性稳压模块AMS1117-3.3，C6、C7为U3输入滤波电容，二极管D2一端连接5V，另一端连接U3输入，C8、C9、C10为U3输出滤波电容，一端连接U3输出，另一端连接GND，R1为LED1的限流电阻，一端连接3.3V，另一端连接LED1，LED1另一端连接GND，U3输出为3.3V。
5.根据权利要求4所述的一种机充触头可升降的机器人充电座，其特征在于，电路板上U4为单片机，型号为STM32F103C8T6，封装为LQFP-48，U5为达林顿管ULN2003，U6为直流电机驱动芯片AT8548，U11为运算放大器LM358，RN1为上拉电阻，U4的引脚3、引脚4分别接到晶振X1的两端，晶振X1的两端分别经过电容C15、C17接地，晶振X1的振荡频率为8MHz，U4的引脚1、引脚9、引脚24、引脚36、引脚48接3.3V，U4的引脚8、引脚23、引脚35、引脚44接GND，U4的PB1、PB0、PB2分别与U5的引脚1、引脚2、引脚7连接，U5的引脚16、引脚15经过RN1的引脚2、引脚3与U6的引脚2、引脚3连接，U6的引脚10、引脚9接直流电机，U5的引脚10与继电器K1的2脚、发光二极管LED5的负极连接，继电器K1的引脚1接5V，电阻R2一端接5V，另一端接LED5正极，U4的引脚46连接接插件CN3的2脚和电容C13的一端，电容C13的另一端接GND，U11的引脚2与电阻R23、电阻R24连接，电阻R23的另一引脚接地，电阻R24的另一引脚与U11的引脚1、引脚5连接，U11的引脚6与电阻R25、电阻R26、电阻R27、电容C23连接，R25另一端连接5V，R26、C23另一端连接GND，R27的另一端连接U11的引脚7，U11的引脚3连接电阻R22，电阻R22的另一端连接电感L5与电容C22，电容C22另一端连接GND，电感L5另一端连接电阻R21与接插件CN11引脚1，R21另一端连接5V，CN11连接压力传感器，U11的引脚8接+5V电源和电容C24，电容C24的另一个引脚接地，U11的引脚4接地，U11的引脚7与U4的引脚10连接。
6.根据权利要求5所述的一种机充触头可升降的机器人充电座，其特征在于，电路板上U7为光耦TLP785GB-S，U7的引脚1连接电阻R4，U7的引脚2连接GND，R4另一端连接CN5引脚2，CN5引脚1连接12V，CN5引脚3连接GND，U7的引脚4连接电阻R3、电容C20与U4引脚26，U7的引脚3连接GND与C20的另一端。
7.根据权利要求6所述的一种机充触头可升降的机器人充电座，其特征在于，U4的引脚10和引脚46设置成下拉输入模式，U4的引脚26设置成上拉输入模式，U4引脚18设置成推挽输出模式，当U4引脚46接收到接近传感器的高电平信号时，U4引脚18输出低电平，U4引脚19输出PWM波，此时控制电机上升，PWM占空比越小，电机速度越快，当压力传感器信号通过U11反馈给U4引脚10时，U4引脚19输出的PWM占空变大，直流电机变慢，直至停止，K1吸合，开始充电，U4输出的PWM通过使用定时器计算得出：定时器定时时间的计算公式为： T =((arr+1)*(psc+1))/72M，单位为s秒，通过改变arr的值来调整PWM的占空比，当U4引脚46接收到接近传感器的低电平信号时，K1断开，U4引脚18输出高电平，U4引脚19输出PWM波，此时控制电机下降，PWM占空比越小，电机速度越快，当零位传感器信号通过U7反馈给U4引脚26时，U4引脚19输出的PWM占空变大，直流电机变慢，直至停止，充电过程结束。
8.根据权利要求7所述的一种机充触头可升降的机器人充电座，其特征在于，所述直流电机为直流步进电机或直流伺服电机。
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